（等离子体物理专业论文）pcvd宽带隙薄膜及其化学键结构演变.pdf

中国科技大学硕士论文 中文摘要 摘要 宽带隙半导体材料，在高温、高频、大功率、抗辐射及光电子器件上有着重 要的应用。碳化硅和金刚石是两种典型的宽带隙半导体材料，而它们的非晶态， 特别是氢化非晶态也具有宽度隙的性质。在等离子体化学气相沉积中，沉积条件 的控制可诱发合成薄膜的化学键结构和组分的变化，从而可调节薄膜包括带隙在 内的光学、电学和力学等物理性能。 本论文主要在等离子体化学气相合成碳硅基宽带隙薄膜材料和合成薄膜的 化学键结构演变及控制二个方面展开研究工作。另外，还研究了金刚石的一次和 二次成核过程及对金刚石薄膜生长的影响。 在等离子体增强热丝化学气相沉积( p e h f c v d ) 装置上，利用 h m d s o c h 4 h 2 三种源材料配比的控制来合成不同化学键结构的碳硅基薄膜。 六甲基氧二硅烷( h m d s o ) 同时含有碳、硅两种元素，使用中要比硅烷和甲烷 安全，但是由于其分子内同时含有氧元素，经常被用作氧化硅合成的源材料，很 少有人用它来得到碳化硅。我们用h m d s o h 2 混合气体，在7 5 0 。c 下进行薄膜 沉积时，得到了纳米尺度的6 h 晶型碳化硅，且这些晶粒被包裹在类聚合物非晶 成分a s i o 。c ，：h 中。随着h m d s o 浓度的增大，薄膜的结晶度和表面均匀性都 得到改善。高流量氢气和h m d s o 单体的使用被认为有效地促进了6 h s i c 晶粒 的形成。 当在上述气相环境中引人c h 4 后，碳化硅的晶型会发生从6 h - - - , 3 c 的突变。 薄膜中碳元素的含量随着c 地的加入迅速增加，从而使得非晶成分从主要由 s i o 、s i c 键构成的a s i o 。c ，：h 演变为以s p 2 s p 3c c 键为主要的a c ：h 。 发射光谱诊断表明，h m d s o 和c h 4 的增加，导致气相中碳氢粒子浓度的 提高，与薄膜含碳量的增加相一致。但由于h m d s o 分子同时含有碳、硅两种 元素，所以增加c h 。浓度能更有效提高薄膜的含碳量。 我们利用不同大小的金刚石颗粒溶液对硅基片进行超声处理以提高金刚石 一次成核密度。用4 0g m 颗粒溶液处理的硅片成核效果最好，后续生长得到的薄 膜致密且平整。通过栅网辅助负偏压增强成核方法进行的一次成核实验表明，当 硅片事先经过氢等离子体处理后，便能有效成核并生长出良好的微米金刚石薄 中国科技大学硕士论文 中文摘要 膜。 随着在c h 4 m 2 气源里不断掺入a r 气而相应减少h 2 的比例，金刚石生长过 程中的二次成核增强，并在a r 气达9 0 后，得到了典型的纳米金刚石薄膜。在 生长过程中，持续使用负偏压也得到了良好的二次成核效果，但生长速度过缓。 为了提高生长速度，我们改用了正，负偏压交替的生长方式，同时负偏压阶段的 c h 4 浓度被提高以进一步增强二次成核密度，进而得到了生长速度较高的纳米金 刚石薄膜。 i i 中国科技大学硕士论文 英文摘要 a b s t r a c t w i d eb a n d g a ps e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l sh a v ee n o r m o u sa p p l i c a t i o np o t e n t i a li n h i g ht e m p e r a t u r e ，h i g hf r e q u e n c y , h i g hp o w e ra n dr a d i a t i o n r e s i s t a n te l e c t r o n i c d e v i c e s ，a sw e l la sp h o t o e l e c t r o n i cd e v i c e sv a r y i n gt h es y n t h e s i sc o n d i t i o n sc o u l d i n d u c et h es t r u c t u r a la n dc o m p o n e n tc h a n g e so fc h e m i c a lb o n d si nt h ef i l m s ，w h i c h m a k ei ta b l et om o d i f yt h eo p t i c a l ，e l e c t r i c a la n dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e s ，a sw e l la s t h eb a n dg a po ft h ef i l m s t h em a j o rw o r ki nt h i st h e s i si st oe x p l o r et h es y n t h e s i so fs i l i c o n c a r b o nb a s e d f i l m sb yp l a s m ac h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( p c v d ) t e c h n i q u e ，a n dt oi n v e s t i g a t et h e s t r u c t u r a le v o l u t i o na n dc o n t r o lo fc h e m i c a lb o n d si nt h ef i l m s i na d d i t i o n t h ef i r s t a n ds e c o n dd i a m o n dn u c l e a t i o np r o c e s s e s ，a sw e l la st h e i ri n f l u e n c e so nt h ed i a m o n d f i l mg r o w t ha r es t u d i e d h m d s o c h 4 h 2m i x t u r ei su s e dt od e p o s i tt h ec a r b o n - s i l i c o nb a s e df i l m sw i t h d i f f e r e n tc h e m i c a lb o n ds t r u c t u r e sb yc h a n g i n gt h er a d i oo ft h es o u r c em i x t u r ei nt h e p l a s m ae n h a n c e dh f c v dd e v i c e h e x i m e t h y d i s i l o x a n e ( h m d s 0 ) t h a tc o n t a i n sc a n ds ie l e m e n t s ，i sm u c hm o r es a f e rt h a ns i l l 4a n dc h 4i nu s e ，a n dh a v eb e e nu s u a l l y u s e di ns i l i c o no x i d ef i l ms y n t h e s i s h o w e v e rt h e r ea r ef e wr e p o r t sa b o u ts i c s y n t h e s i su s i n gi ta sap r e c u r s o r w h e nw eu s eh m d s o h 2m i x t u r et od e p o s i tf i l m sa t as u b s t r a t et e m p e r a t u r eo f7 5 0 。c ，i ti sf o u n dt h a t6 h s i cn a n o c r y s t a l sa r ef o r m e di n t h ef i l m s ，w h i c ha r ee m b e d d e di nap o l y m e r - l i k ea m o r p h o u ss i o x c 。：hm a t r i x w i t h i n c r e a s i n gt h er a t i oo fh m d s o h 2 ，b o t ht h es u r f a c eu n i f o r m i t ya n dt h ed e g r e eo f c r y s t a l l i z a t i o no ft h ef i l m sa r ei m p r o v e d t h eu s a g e so fh m d s om o n o m e ra n d h i g h f l o w - r a t eh y d r o g e na r ec o n s i d e r e dt oa d v a n c ee f f e c t i v e l yt h ef o r m a t i o no f6 h s i cc r y s t a l si nt h i sc a s e w h e ne l l 4i si n d u c e dt ot h eh m d s o h 2m i x t u r e ，i ti sf o u n dt h a tt h es i cc r y s t a l t y p ec h a n g e sf r o m6 ht o3 cs u d d e n l y w i t l li n c r e a s i n gt h ec h 4c o n c e n t r a t i o n t h ec c o n t e n ti nt h ef i l m si n c r e a s e sr a p i d l y , s ot h a tt h ea - s i o x c v ：hc o m p o n e n tm a i n l y c o n s i s t i n go fs i ca n ds i ob o n d sc o n t i n u a l l yc h a n g e st oa - c ：hc o n s i s t i n go fs p 2 s p 3 1 i i 中国科投大学硕士论文 英文摘要 c - cb o n d s t h eo e si n v e s t i g a t i o n so nt h ep l a s m ad u r i n gd e p o s i t i o ni n d i c a t et h a tt h e a d d i t i o no fh m d s oo rc h 4i sb e n e f i c i a lt ot h ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s eo fh y d r o c a r b o n r a d i c a l s w h i c hi sc o n s i s t e n tt ot h ei n c r e a s eo ft h ecc o n t e n ti nt h ef i l m sa n db e c a u s e b o t hca n ds ie x i s ti nt h eh m d s om o l e c u l a r ，i n c r e a s i n gt h ec h 4c o n c e n t r a t i o ni s m o r ee f f i c i e n tt or a i s et h ef i l m s cc o n t e n t d i a m o n ds l u r r i e sw i t hd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e sa r eu s e dt oe n h a n c et h ed i a m o n d f i r s tn u c l e a t i o nd e n s i t yo nt h es i l i c o ns u b s t r a t e b yu l t r a s o n i c a l l yt r e a t m e n t t h e t r e a t m e n tw i t h4 0l - t md i a m o n dp o w d e rs l u r r yr e s u l t si nt h eb e s tn u c l e a t i o n ，a n dt h e s e q u e n tf i l mg r o w t hp r e s e n t sas m o o t hf i l ms u r f a c e ag r i d a s s i s t a n tb e ns y s t e mi s a l s ou s e dt oe n h a n c et h ef i r s tn u c l e a t i o n i ti sf o u n dt h a tb e f o r et h eb e n p r o c e s s ，a h y d r o g e np l a s m at r e a t m e n to ft h es i l i c o ns u b s t r a t es u r f a c ei se s s e n t i a lt oo b t a i na h o m o g e n e o u sf i l m b ya d d i n ga rt oac h d h zm i x t u r e ，t h es e c o n dn u c l e a t i o ni nt h eg r o w t hs t a g ei s e n h a n c e dg r a d u a l l y , a n da st h ea rp e r c e n t a g ee x c e e d s9 0 ，t y p i c a ln a n o c r y s t a l l i n e d i a m o n df i l m sa r es y n t h e s i z e d w h e nan e g m i v eb i a si sa p p l i e dt ot h es u b s t r a t e t h r o u g ht h ew h o l eg r o w t hs t a g e ，t h o u g hi ti se f f i c i e n tt op r o m o t et h es e c o n d n u c l e a t i o n ，t h eg r o w t hr a t eo ft h ef i l m si sv e r ys l o w t oo v e r c o m et h i sd i s a d v a n t a g e ， a na h e m a t eg r o w t hp r o c e s sb e t w e e nn e g a t i v ea n dp o s i t i v eb i a si su s e d ，t h ec h 4r a t i o i nt h en e g a t i v es t a g ei si n c r e a s e da sw e l l i nt h i sc o n d i t i o n ，n a n o c r y s t a l l i n ef i l m sw i t h a ni n c r e a s e dg r o w t hr a t ea r eo b t a i n e d 中国科技大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 第一节半导体材料的现状及发展趋势 1 1 半导体的特征及其分类 半导体已成为家喻户晓的名词，各种电子器件都是以半导体模块为基础部 件构成的。半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的部类。顾名思义， 半导体在导电性方面，其电阻率介于导体和绝缘体之问。在室温下，它的电导率 在1 0 3 - - 1 0 9s c m 之间，s 为电导学单位西门于，s = 1 j ( q c m ) ，- 般金属为1 0 7 1 0 4s c m ，而绝缘体n 1 0 。1 0s c m ，最低可达1 0 。7s c m 。同一种半导体材料， 因掺杂浓度的不同，可使电导率在几个到十几个数量级的范围内变化。 在半导体中，有两种载流子参加导电。一种是人们熟悉的电子，另一种则是 带正电的载流子，成为空穴。根据掺入杂质的不同，同种半导体既可以是以电 子为主导电，也可以是以空穴为主导电的。 对半导体材料可从不i 划角度分类。例如根据其性能可分为高温半导体，磁性 半导体，热电半导体；根据能带结构和宽度可分为直接带隙半导体和间接带隙半 导体，窄带隙半导体和宽带隙半导体；根据结晶度可分为品体半导体，非晶半导 体和微晶半导体；根据化学组成，又可分为元素半导体，化合物半导体和固溶物 半导体三大类。 1 2 半导体材料的现状及发展趋势 硅( s i ) 是第一代半导体材料，至今仍在半导体工业占据主导地位。现在电 子元器件9 0 以上都是由硅材料制备的。虽然硅的晶体生长技术相对已经很成 熟，但硅本身性质所决定的禁带宽度窄、间接带隙、熔点不高等性质，随着科技 的发展越来越不能满足人们对耐高温，耐辐射，大功率等特殊器件的要求。 砷化镓( g a a s ) 和磷化铟( i n p ) 化合物半导体是继硅、锗后，发展起来的第 二代半导体材料。它们的禁带宽度比硅和锗大，电子迁移率也较高，更重要的是 中国科技大学硕士论文第一章绪论 它们是直接带隙材料。在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在 光电子器件应用方面占有独特的优势。 宽带隙半导体是第三代半导体材料。进入9 0 年代以后，由于s i c 单晶体生 长技术的突破和异质结技术的发展，世界范围内掀起了研究宽带隙半导体的热 潮。宽带隙半导体材料主要指的是金刚石，碳化硅，i i i 族氮化物，立方氮化硼 以及氧化物( z n o 等) 及固溶体等，特别是s i c 和金刚石，因具有高热导率、高 电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗 辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开 采以及国防等方面有着广泛的应用前景。 然而，大多数宽带隙半导体材料的单晶生长还比较困难，它们经常需要在衬 底材料上生长。宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材 料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理 参数有较大差异的材料体系，如s i c s i ，金网0 石s i 等。大晶格失配引发界面处大 量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何 避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问 题。在所有宽带隙半导体材料中，s i c 单晶的生长技术算是较成熟的，4 h 和6 h s i c 单晶与外延片己有商品出售，其他s i c k s 关高温器件的研制也取得了长足的进步， 目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。大多数宽带半导体材 料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如n 、p 型掺杂和 欧姆电极接触等，还有待解决和改善。 除晶态半导体材料外，非晶态半导体材料也是当代材料科学的一个热点。非 晶碳( a c ) 和非晶碳化硅( a - s i c ) 是两种备受关注的非晶半导体材料。 非晶碳是相对于晶态的金刚石和石墨而言，由于它同时含有类似金刚石的 s p 3 杂化和类似石墨的s p 2 杂化成键组态，所以表现出介于金刚石和石墨之间的 特殊性质。大多数气相沉积的非晶碳膜，都或多或少的含有氢元素，也称为氢化 非晶碳( a - c ：h ) 。根据s p 3 和s p 2 键态的相对含量不同及含氢量的多少，其硬度、 弹性模量、带隙宽度、光学透过特性、电阻率等等都可以依据需要进行“剪裁” 2 1 。 比如其光学带隙可在 0 6 以后，带隙随x 增大的趋势变得缓慢起来 2 6 1 。高的等离子密 度和高度的h 2 稀释对提高薄膜带隙是很重要的，前者会增大h 2 的分解率，后者 则使等离子体中有很高浓度的h 活性粒子。与不用氢稀释的情况相比，在高度 氢稀释的环境下生长的薄膜的光学带隙要更宽。在富s i 的a - s i l _ x c 。：h 中，h 使s i 悬挂键钝化形成s i h 键，或者打断不稳固的s i s i 键重新使其形成更牢固 的s i s i 键。这将使价带边下降，导致更加尖锐陡峭的价带边，从而增大光学带 隙。在富c 的a s n c 。：h 中，h - 能提升碳s p 3 键，而压制s p 2 碳成分，这对增大 带隙是有利的，在这种薄膜中，e 0 4 带隙可达3 2e v 以上【2 6 】。 同时含s i 、c 、o 、h 的氧化硅碳化物s i c o h ( 更确切的表示a s i c 。o r ：h ) 可使薄膜的介电常数( k ) 下降到3 26 5 的范围，如果再经过一个退火处理，k 7 中国科技大学硕士论文 第一章绪论 值可继续下降到21 以下 2 8 】。而当前半导体行业较多使用的介电材料s i 0 2 的k 值为4 2 。当集成电子原件的尺寸减小到亚微米尺度，传输延迟、能量耗散、交 互噪音便会急剧增大。使用低介电常数( k ) 的材料，及互联的低电阻金属( 铜 等) 可使这一问题有效解决，全面改善电子器件的性能2 9 1 。因此，s i c o h 是将 来替代s i 0 2 的一种很有前途的低介电常数材料 2 8 1 。这种薄膜可通过同时含这四 种元素的单体如d e m s ，h m d s o 等直接进行c v d 沉积，或利用上述单体及三 甲基硅烷等碳硅单体和氧气的混合气体进行沉积【3 0 , 3 t 。 第三节碳基半导体材料的介绍 提到碳元素，人们最先想到的通常是石墨和金刚石。金刚石和石墨的化学成 分都是碳( c ) ，但是它们的结构和性能却完全不同，这是由于碳原子不同的成键 方式造成的。 每个碳原子有4 个价电子，电子组态为2 s 2 2 p x l 2 p y l 2 p ：o 。在成键过程中，原 子轨道间会相互作用，形成杂化轨道，有三种不同的杂化方式即s p 3 、s p 2 和s d l 杂化( 如图i 2 所示) 。由1 个s 轨道与3 个p 轨道组合而成的4 个等同的s p 3 杂化轨道，呈正四面体结构。1 个s 轨道和2 个p 轨道杂化，产生三个等同的s p 2 杂化轨道，呈平n - - n 形。1 个s 轨道和1 个p 轨道杂化，形成两个s p l 杂化轨 道，成直线形。 爿之。粜； 静 妒 图12 c 的三种不同杂化轨道 石墨中的碳原子是s p 2 杂化的，而金刚石则是s p 3 杂化的。在非晶碳( a - c ) 结构中，同时会混有s p 3 和s p 2 杂化的碳，两种结构交织在一起，长程有序被破 中国科技大学硕二匕论文 第一章绪论 坏，键角发生畸变，同时出现大量悬挂键。在非晶碳结构中，可能会出现少量的 s p 杂化的碳。一般气相沉积得到的是氢化非晶碳( a c ：h ) ，h 的接入有利于钝 化悬挂键，从而有利于提高材料的发光效率，因为悬挂键的存在往往会形成非复 合发光中心。 氢化非晶碳( a c ：h ) ，根据含氢量的多少可分为四类吲： 1 含h 量最高的a c ：h 膜，其含h 量在4 0 6 0 之间。这种薄膜的s p 3 键含量可高达7 0 【3 3 1 。可是，大多数s 矿键是氢终结的，且这种材料 较软，密度低。所以这种薄膜又称为类聚合物a - c ：h 膜( p l c h ) 。其带 隙可从2e v 到4e v 变化【3 3 1 。这种薄膜通常是利用等离子体增强化学 气相沉积( p e c v d ) 装置在低偏压的情况下得到( 3 3 _ 3 5 】。 2 含氢量中等的a c ：h 膜，其含氢量在2 0 4 0 之间。尽管这种薄膜s p 3 键的总体含量不如p l c h 膜高，但是却具有更多的c cs p 3 键。因此， 它们的机械性能更佳。这种薄膜又称为类金刚石a - c ：h 膜( d l c h ) ， 其光学带隙在1 2e v 之间【3 3 ，可通过p e c v d 3 3 - 3 5 】，电子回旋共振 ( e c r ) 装置，或反应溅射装置在适度的偏压下得到 3 6 - 3 8 1 。 3 氢化四面体非晶碳薄膜( t a c ：h ) 。这类薄膜实际上是d l c h 薄膜中的 一类，特点是在保持h 含量不变的条件下，c cs p 3 键含量可以被显 著提高。在文献中很多所谓的t a c ：h 膜，实际上只是d l c h 膜的范畴。 由于最高的s ，键含量和2 5 3 0 的h ，t a - c ：h 膜实际上是一种不同的 种类，这从拉曼光谱的区别上可得到证明，它的密度较高( 可达2 4 g c m 3 ) ，杨氏模量更大( 可达3 0 0g p a ) 3 9 】，光学带隙可达2 4e v 4 0 。 这种薄膜可通过高密度等离子源如电子回旋波共振( e c w r ) 4 1 1 和 等离子束源( p b s ) 心4 。也可在利用过滤阴极真空弧( f c v a ) 装置沉 积t a - c 的基础上通过引入h 得到 4 4 。 4 含氢量低的a - c ：h 膜。这种膜的s p 2 键含量一般很高，带隙在l e v 以 下，所以也称作类石墨a c ：h 膜( g l c h ) 。它经常在高偏压的 p e c v d 3 3 - 3 5 1 ，直流辉光放电( g d ) 装置f 4 5 】，或磁控溅射( m s ) 装置 【4 6 】上制得。 c v d 方法是使得在特定区域生长高质量的金刚石膜和制作各种样式的金刚 中国科技大学硕士论文 第一章绪论 石自支撑膜成为现实的一种最重要方法【堋。在金刚石，立方氮化硼，硅和镍上 已经实现金刚石薄膜的外延生长。多晶金刚石薄膜的沉积已在多种非金刚石衬底 上实现，包括绝缘体，半导体和金属，这些衬底可是单晶也可是多晶。应用c v d 方法生长金刚石膜的成功，激发了人们对金刚石在一些新技术应用当中的独特性 质的极大兴趣。集高电阻，高热导，低介电常数等优良性质于一身，使得金刚石 十分适合于器件保护和多片集成模块的制作技术；极大的硬度和宽光学带隙使它 成为极好的光学应用材料；良好的化学稳定性和高硬度，使得它成为刀具和金属 工业理想的抗侵蚀和磨损的保护膜。 在非金刚石基底上的大量金刚石薄膜生长研究，只是得到了由无规取向的晶 粒组成的多晶薄膜，其中包含着不同含量的非金刚石碳和各种缺陷。在c v d 方 法中，如果基片未经预处理，在非金刚石表面的成核是非常困难和缓慢的。许多 对金刚石c v d 的早期研究，把焦点集中在各种不同沉积技术的尝试和沉积薄膜 性质的表征上。虽然这些研究在一定程度上增进了人们对生长机制和工艺参数的 理解。金刚石c v d 技术的进一步发展，特别是能满足电子应用的单晶生长技术 及在光学和塑性材料上的低温沉积等挑战性的课题，迫切需要对与金刚石成核和 生长相关的基本现象有更细致的理解和更有效的控制。这些现象，特别是成核过 程，极大地影响薄膜的性质、形貌、均匀性、缺陷形成和附着力度，以及可被成 功镀膜的基底种类。最近，在成核和前期生长阶段的广泛研究工作已经开展，以 提升金刚石的成核密度和控制薄膜的形貌。多种增强成核方法已发展起来，成核 密度己经被从未经处理的基片上的1 0 c m ，提高到在刮划或偏压基片上的1 0 “ c m 。在实验测量技术上的进展，使得直接观测成核阶段成为可能。这些实验研 究，对理解在c v d 中金刚石的成核机制起到了很大的贡献。通过探索表面状态 和沉积参数对成核的影响，可以为人们选择合适的表面处理方法和沉积参数提供 重要参考。 纳米晶金刚石膜也是目前的一个研究热点 4 。纳米金刚石除具有良好的化 学，机械和热性质以外，还拥有一些与常规微米金刚石所不同的性质。这包括大 体积密度的晶界，更多的s p 2 键连的非金刚石碳成分，更平整的表面形貌，更低 的内应力，更易于材料的集成。如果晶粒在1 1 0 0r l l t l 之间，就可以说所得的金 刚石薄膜为纳米晶。纳米金刚石薄膜在特殊性能的纳机电系统( n e m s ) 、纳米 中国科技大学硕士论文第一章绪论 电子器件和场发射器件领域有重要应用价值。获得纳米金刚石膜的关键是在生长 阶段提升二次成核密度，只有足够高的成核密度才能保证晶粒不会长大。在常规 金刚石膜生长气源c h 4 h 2 ( c i j 4 浓度在1 左右) 的基础上减少h 2 的浓度而加 入大量的心或n 2 ，或者只是提高原来气源里的c h 4 浓度，以及降低生长温度、 在生长过程中对基底施加负偏压都可使沉积的金刚石薄膜发生从微米晶到纳米 晶的转变。 第四节本论文的研究目的及内容 氢化非晶碳化硅和非晶碳都可作为宽带隙半导体材料，如果它们的化学键结 构和组分能得到有效控制，势必影响材料的光学、电学和力学等物理性能；避一 步的，如果在非晶网络中引入纳米尺寸的晶粒，由于晶体的迁移率要优于非晶， 所以材料的电学性质会得到很大改善。此外，纳米晶粒的存在，可提高材料的发 光效率和使用寿命，从而更有利于其在光电器件上的实际应用。 在等离子体化学气相沉积( p c v d ) 中，等离子体气相中存在大量活性粒子， 这些活性粒子与基底进行界面反应形成薄膜。等离子体特性强烈地影响沉积薄膜 的结构，而等离子体特性又受工艺条件决定。在本论文中，我们以h m d s o c h 。h ： 作为源材料，利用等离子体化学气相沉积技术，进行碳硅基宽带隙半导体薄膜 材料的制备研究。试图通过源材料的控制，对等离子体特性进行调节，实现沉积 薄膜的化学键结构演变。 此外，金刚石不仅是理想的宽带隙半导体材料，它还具有其它很多无以伦比 的特性，进一步改善金刚石的成核状况是当前金刚石薄膜制备研究的重要课题之 一。我们将研究超声处理和偏压成核两种金刚石成核工艺，来改善薄膜的纯度和 致密度及表面的平整度，并为以后制备超薄金刚石自支撑膜打下基础。并通过在 气源里掺m 或在生长过程中交替使用正负偏压，来增强二次成核密度，沉积纳 米金刚石薄膜。 对所沉积的薄膜，将利用拉曼光谱、扫描电子显微镜、x 射线衍射、x 射线 光电子能谱等测试技术，进行结构、成分及表面形貌分析，采用发射光谱技术， 对等离子体气相环境进行诊断，探讨薄膜性质与等离子体气相环境的关系。 _ 曼望墅翌墨三：三兰塑兰墨童三一一 ：篁二兰堕丝 本章参考文献 1 1 邓志杰郑安生编著，半导体材料，化学工业出版社( 北京) ，2 0 0 40 7 2 cc a s i r a g h i ，ac f e r r a r i ，jr o b e r t s o n p h y sr e v b7 2 ( 2 0 0 5 ) 0 8 5 4 0 1 1 3 j c u i ，r u s l i ，s f y o o ne ta 1 ja p p lp h y s8 9 ( 2 0 0 i ) 2 6 9 9 4 1gl e o ，gg a l u z z i ，gg u a t t a r ie ta 1 j n o n - c r y s t s o l i d s 1 6 4 1 6 6 ( 1 9 9 3 ) 1 0 3 5 5 1mv i e r a , pl o u r o ，a f a n t o n ie ta 1 s e n sa c t u a t o r s a1 2 0 ( 2 0 0 5 ) 8 8 9 3 6 1 碳化硅宽带隙半导体技术郝跃，彭军，杨银堂编著，科学出版社，2 0 0 0 f 7 】碳化硅制造( 磨料磨具制造丛书之一) 余森编著，机械工业部机床工具总同，1 9 8 2 8 】8 j bc a s a d ya n dr wj o h n s o n ，s o l l d s t a t ee l e c t r o n 3 9r 1 9 9 6 11 4 0 9 9 1p i e r r em a s r i ，s u r f a c es c i e n c er e p o r t s ，4 8 ( 2 0 0 0 ) 1 - 5 1 1 0 1l - s l i a o ，x mb a o ，z - f y a n ge ta la p p l ，p h y sl e t i 6 6 ( 1 9 9 5 ) 2 3 8 2 1 11 】sf u r u k a w aa n dtm i y a s a t o ，j p n j a p p l p h y s ，p a r t22 7 ，l 2 2 0 7 ( 1 9 8 8 ) 1 2 】k - s m i n ，k v s h c h e g l e v ，c my a n ge ta l a p p l p h y sl e t t 6 9 ( 1 9 9 6 ) 2 0 3 3 13 1bha u g u s t i n e ，eai r e n e ，y jh ee ta 1 j a p p l p h y s 7 8 ( 1 9 9 5 ) 4 0 2 0 ， 1 1 4 1mb y u ，r u s l i ，s fy o o ne ta 1 j a p p l p h y s 8 7 ( 2 0 0 0 ) 8 1 5 5 1 5 id i h uc h e n ，z m l i a o ，l w a n ge ta 1 o p t i c m a t e r 2 3 ( 2 0 0 3 ) 6 5 6 9 【1 6 】gd - s o r a r u ，y u j u nz h a n g ，m a u r i z i of e r r a r ie ta lj e u r c e r a s o c i 2 5 ( 2 0 0 4 ) 2 7 7 2 8 1 1 7 】f s m o l ea n djf u r l a n ，ja p p l p h y s7 2 ( 1 9 9 2 15 9 6 4 ( 18 jdc a p u t o ，g d ec e s a r e ，f 1 r r e r a ，a n dfp a i m a ，i e e et r a n se l e c t r o nd e v i c e s4 3 ( 1 9 9 6 ) 13 5 1 1 1 9 lf m a r s a l ，j p a l l a r e s ，x - c o r r e i g ，a o r p e l l a ，db a r d e s ，a n dr a l c u b i l l a ，j a p p l p h y s 8 5 ( 1 9 9 9 ) 1 2 1 6 【2 0 一r a j a g o p a l a n ，xw a n g ，bl a h l o u he ta 1 j a p p lp h y s9 4 ( 2 0 0 3 ) 5 2 5 2 5 2 6 0 【2 1 s j f o a l ，hs r e e h a l ，npb a r r a d a se ta la p p l s u r s c i 13 8 1 3 9 ( 1 9 9 9 ) 4 2 4 4 2 8 1 2 2 1k ，k a m i m u r a ，kk o i k e ，ho n ee ta 1 a m o r p h o u sa n dc r y s t a l l i n es i l i c o nc a r b i d e i v s p r i n g e r v e r l a g ，b e r l i n ，1 9 9 2 ，p 2 5 9 2 3 sk e r d i l e s ，a ，b e r t h e l o t ，r r i z ke ta 1 a p p l p h y s l e t t 8 0 ( 2 0 0 2 ) 3 7 7 2 3 7 7 4 2 中国科技大学硕士论文第一章绪论 2 4 】m a e 】k h a k a n i ，dg u a y , m c h a k e re ta lp h y s r e v b5 1 ( 1 9 9 5 ) 4 9 0 3 2 5 jr o b e n s o n ，p h i l o sm a gb6 6 ( 1 9 9 2 ) 9 1 5 2 6 】k c h e w , r u s l i ，s fy o o ne ta lj a p p l p h y s9 2 ( 2 0 0 2 ) 2 9 3 7 【2 7 】ad e s a l v o ，fg i o r g i s ，cf p i 丌ie ta 1 j a p p l p h y s 8 1 ( 1 9 9 7 ) 7 9 7 3 【2 8 】a g r i l l ，vp a t e l a p p lp l a y sl e t t 7 9 ( 2 0 0 1 ) 8 0 3 2 9 】b l a h l o u h ，tr a j a g o p a l a n ，n b i s w a se ta l t h i ns o l i df i l m 4 9 7 ( 2 0 0 6 ) 1 0 9 - 1 1 4 3 0 】y lc h e n g ，ylw a n g ，gj h w a n ge ta 1 s u r f c o a t t e c h n o l2 0 0 ( 2 0 0 6 131 3 4 3 1 】bn a r a y a n a n ，r k u m a r ，ed f o om i c r o e l e c t r o n i c sj3 3 ( 2 0 0 2 ) 9 7 1 9 7 4 3 2 cc a s i r a g h i ，a cf e r r a r i ，jr o b e r t s o n p h y s r e v b7 2 ( 2 0 0 5 ) 0 8 5 4 0 1 3 3 】j ，r o b e r t s o n ，m a t e r s c ie n g ，r r 3 7 ( 2 0 0 2 ) 1 2 9 【3 4 】pk o i d l ，c w a g n e r ，bd i s c h e l e re ta 1 m a t e r s c if o r u m5 2 ( 1 9 9 0 ) 4 1 3 5 】m a t a m o r ，w c v a s s e l l ，k rc a r d u n e ra p p lp h y s l e t t 5 8 ( 1 9 9 1 ) 5 9 2 3 6 】s fy o o n ，k ht a n ，r u s l ie ta lj a p p l p h y s 9 1 ( 2 0 0 2 ) 1 6 3 4 3 7 】ts c h w a r z - s e l i n g e r ，a v o f ik e u d e l l ，w j a c o b j a p p lp h y s 8 6 ( 1 9 9 9 ) 3 9 8 8 3 8 od u r a n d d r o u h i n ，m l e j e u n e ，mb e n l a h s e n ja p p lp h y s 9 1 ( 2 0 0 2 ) 8 6 7 【3 9 】a cf e r r e t ，a l i b a s s i ，b k ，t a n n e re ta 1 p h y s r e v b6 2 ( 2 0 0 0 ) 11 0 8 9 4 0 nam o r r i s o n ，s e r o d i l ，ac f e r r a r ie ta 1 t h i ns o l i df i l m s3 3 7 ( 1 9 9 9 ) 7 1 4 1 m w e i l e r ，kl a n g ，e l i ，a n djr o b e r t s o n ，a p p lp h y sl e t t7 2 ( 1 9 9 8 ) 1 3 1 4 4 2 】m w e i l e r ，s s a t t e l ，t g i e s s e ne ta 1 p h y sr e vb5 3 ( 1 9 9 6 ) 15 9 4 【4 3 】m w e i l e r ，s s a t t e l ，k j u n g ，h ，e h r h a r d te ta 1 a p p lp h y s l e t t6 4 ( 1 9 9 4 ) 2 7 9 7 【4 4 】bk l e i n s o r g e ，s er o d i l ，g a d a m o p o u l o se ta 1 d i a m o n dr e l a t m a t e r 1 0 ( 2 0 0 1 ) 9 6 5 【4 5 】b m e y e r s o na n dfs m i t hj n o n - c r y s t s o l i d s 3 5 3 6 ( 19 8 0 ) 4 3 5 【4 6 】bp o